DOC《复杂环境下53m砖烟囱定向爆破拆除》

复杂环境下53m砖烟囱定向爆破拆除 王建国1,徐培良2,陈杰2,周山山2,石飞3,杨德源4 (1.

云南农业大学 建筑工程学院,云南 昆明 650201;

2. 云南锡业股份有限公司,云南 个旧 661000;

3. 昆明勘晟矿业有限公司,云南 昆明 650100;

4. 昆明钢铁集团公司 大红山铁矿, 云南 新平 653100) 摘要:介绍了采用定向控制爆破技术在周围建筑物密集条件下拆除一座53m高砖烟囱的工程实例.根据烟囱特点及周围环境,通过计算分析,选择合理的爆破方案,用定向窗保证倒塌的准确性,并选择准确的爆破参数、爆前预处理及防护措施,取得了良好的爆破效果,确保了爆破拆除的圆满成功,为类似环境爆破拆除工程提供参考. 关键词:砖烟囱,拆除爆破,定向控制爆破,复杂环境 Directional Blasting Demolition of a 53m-high Brick Chimney in Complex Surroundings WANG Jianguo1, XU Peiliang2, CHEN Jie2, ZHOU Shanshan2, SHI Fei3, YANG Deyuan4 (1. College of Civil and Architectural Engineering, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, Yunnan, China;

2.Yunnan Tin Co., Gejiu 661000, Yunnan, China;

3. Kunming Kansheng Mining Co., Ltd, Kunming 650100, Yunnan, China;

4. Dahongshan Iron Mine Bureau, Kunming Iron &

Steel Group Corporation, Xinping 653100, Yunnan, China) Abstract: In this article, it introduced a project of a 53m-high brick chimney demolished in the way of directional blasting in the complicated environment with many buildings nearby. According to the chimney characteristics and surrounding environment, the blasting scheme was chosen by careful analysis and calculation, including the blasting cut, collapse direction and blasting network. Selecting the directional windows to guarantee the accuracy of collapse and the reasonable demolition parameters, pretreatment and protective measures were taken to ensure the success. Finally, we got the pefect blasting effect, it could provide a reference for similar demolition projects. Keywords: brick Chimney;

blasting demolition;

directional control demolition;

complex environment

1 工程概况 烟囱位于云南省德宏州瑞丽市勐卯镇粤隆红砖厂内,由砖窑和烟囱两部分组成,烟囱西侧15m处为233县道公路,紧邻公路西侧为成片居民区,最近民房距离烟囱39m;

西南角砖厂值班办公室距离烟囱34m,北侧38m处有在用工棚,东南、东、东北侧有军用光纤电缆绕过,最近处距离烟囱20m,均需要保护;

另外,厂区内烟囱周边有多条电缆线通过,东侧和东南侧存放有机械设备.可见,周边环境极为复杂,烟囱周围环境详见图1. 图1 烟囱周边环境示意图 Fig.1 The surrounding environment around chimney 烟囱为砖混结构,总高约53m;

烟囱底部(从砖窑顶面起算)+0.5m处外周长12.6m,烟道口位于砖窑内部.烟囱壁厚0.62m,耐火内衬厚0.24m,内衬与外墙之间有约4cm的空隙隔热层.

2 爆破拆除方案 2.1 方案选择 本工程烟囱的倒塌范围受到严格限制,厂区内部电缆可做临时拆除,但军用通信电缆不允许迁动,只能考虑往东北方向倒塌.保证军用电缆不迁动的同时兼顾临近的工棚不受损,经过精确测量,选定倒塌方向为北偏东35°,空中军用电缆到烟囱的水平距离58m,满足整体定向倒塌的条件要求,但务必保证定向爆破的精确无误,技术要求极高. 2.2 预拆除 由于倒塌宽度的限制,需严格控制倒塌方向的精度,确保周围建筑物的安全,决定爆破前采取以下预拆除措施:(1)拆除厂区内部的用电线路;

(2)拆除砖窑上方的顶棚;

(3)用风镐和凿子在正梯形爆破切口两侧底角处沿中心对称开设两个1.2m*1.2m的直角三角形定向窗. 2.3 爆破技术措施 (1)对影响爆破倒塌方向的建筑设施进行预拆除,严格按设计尺寸、位置进行定向窗的人工开凿;

(2)合理调整孔网参数,控制单孔装药量,减小爆破震动和飞石距离;

(3)近体采用密目网、土工隔栅及钢丝网等进行防护,严格控制爆破飞石的危害.

3 爆破技术设计 3.1 爆破切口的形式与布置 (1)切口形状直接影响高耸建构筑物倒塌方向的准确性,目前国内拆除烟囱常采用梯形和长方形,效果较好[1].本次烟囱爆破拆除采用正梯形切口,两边对称开设三角形定向窗,梯形底角为 45°,为了便于施工,切口设在距烟囱底部0.5m以上位置. (2)切口高度H 爆破切口高度的确定与烟囱的材质和壁厚有关,设计要求H≥(3~5),为烟囱壁厚[2, 3].本工程实际按H=3=3*0.62=1.86m,取1.6m. (3)切口长度L 不考虑烟道口和出灰口位置时,爆破切口对应的圆心角一般在180°~240°[4, 5].本次设计取圆心角为205°,则L=(205/360)=7.2m,为梯形切口下底的长度.定向窗设置在切口两侧,高度与切口高度相同,底角角度为 45°,如图

2 所示. 图2 炮孔布置图 Fig.2 Hole arrangement 3.2 爆破参数设计 炮孔采用气腿式凿岩机钻凿,直径40mm.烟囱外层壁厚=0.62m;

最小抵抗线=0.31m;

炮孔深度,实际取=0.43m;

炮孔间距,实际取a=0.4m;

炮孔排距,实际取b=0.4m;

炸药单耗取. 3.3 炸药消耗量 单孔药量,实际取;

对于底排孔,由于烟囱底部预留墙体的夹制作用,其单孔装药量按选取[6],实际取.该烟囱共布四排孔,梅花形布置,去除定向窗占的面积,需钻孔58个,其中底排孔12个,共需2号岩石乳化炸药9.3kg. 3.4 爆破网路 该烟囱起爆网路全部采用3段毫秒延期导爆管雷管,孔内用单发雷管,所有炮孔同时起爆.孔外采用簇连,倒塌中线两侧各分为两簇,采用 大把抓 的方式捆扎[7],再外接两发雷管,通过激发针同时起爆.共使用导爆管雷管68发,网路连接如图3. 图3 起爆网路示意图 Fig.3 Detonation network schematic

4 爆破安全校核 4.1 爆破振动安全校核 为避免爆破振动对周围建筑物及设施的影响,通过爆破振动经验公式(1)对爆破振动进行校核[8] (1) 式中, 表示质点振动速度,cm・s-1;

Q 表示药量,kg;

R表示距离,m;

K、表示与地形、地质条件有关的系数和衰减系数,这里分别取 K=250,. 本次爆破单段起爆最大药量 Q 为9.3kg,应考虑爆破振动影响的最近的建筑物为烟囱西南侧的厂区值班办公室,R=34m,带入式(1):经过计算,v=1.67 cm・s-1,满足振动速度小于2.5 cm・s-1的要求. 实际测得的振动结果远小于1.67cm・s-1,这显然是由于测点高程低于爆破点,爆破振动波需经过烟囱壁传至地表后再传到测点,传播过程中存在衰减效应[9]. 4.2 塌落振动安全校核 实践表明,在烟囱、楼房、水塔、冷却塔等高耸建筑物拆除爆破中,拆除对象倾倒产生的塌落振动往往要比炸药爆破本身的振动大,因此,本次烟囱拆除爆破必须要对塌落振动进行安全校核.烟囱塌落振动速度v按中科院力学所给出的公式(2)计算[10] (2) 式中,表示下落构件塌落引起的振动速度,cm/s;

R表示振动监测点至下落构件冲击地面中心的距离,m;

M表示下落构件的质量,t;

g表示重力加速度,m/s2;

H表示构件中心高度,m;

表示地面介质的破坏强度,一般取10MPa;

Kt,表示塌落振动速度衰减系数,一般取Kt=3.37~4.09,=-1.66~-1.80,本工程分别取3.8和-1.7.烟囱塌落质心与西南侧的值班办公房屋距离为40m,代入式(2): 满足《爆破安全规程》(GB6722-2014)对一般民用建筑的振动速度控制要求.但因雨季积水,需清除倒塌方向上地面的泥浆和碎石、砖块.

5 安全防护措施 5.1 爆破切口临空包裹防护 在切口上下50cm处,每隔1m钻凿一孔,在钻凿的孔内插入钢筋并固定,钢筋挑出烟囱壁30~40 cm,钻孔位置长度超出切口两边(含定向窗)各50cm.待装药、填塞、连线完毕后,先用两层抗拉强度较大的玻纤土工格栅将烟囱切口位置环绕一圈(高出爆破切口50cm),上下固定在孔内钢筋上;

然后用三层边坡护坡密目网沿烟囱切口位置环绕一圈,再用铁丝沿钢筋上下缠绕,使之形成网状;

最后在密目网外再缠绕2层铁丝网,并沿上中下部位各用一圈铁丝箍紧,防止爆破时产生的个别飞散物和爆炸冲击波对周边设施及厂房造成危害,防护作业如图4. 图4 爆破切口防护图 Fig.4 Demolition margin protection chart 5.2 降振、防冲击及隔挡措施 先将烟囱倾倒方向和倒塌范围内的雨后泥浆清理干净,然后在倒塌范围的湿陷地面上铺上一层干沙土,并在砂土层上铺双层麻布袋或密目网,阻挡烟囱倒塌触地瞬间溅起个别飞散物,同时削弱塌落振动.在烟囱倾倒方向左侧的工棚外搭设3层长15m、高3m的密目网,防止烟囱失稳切口爆破瞬间和倒塌触地瞬间溅起个别飞散物对厂房造成损坏. 5.3 其他安全措施 (1)爆破前15分钟暂停厂区内电力和热力管线的供电、供热、供气;

(2)严格布置安全警戒,临时阻断省道交通,确保人员及车辆疏散到安全警戒范围外;

(3)采用TC4850爆破振动监测仪对爆破振动和塌落振动进行监测,在距烟囱34m处的值班房屋门前布置一个测振点,距离倾倒中心线40m;

在公路西侧最近居民房屋处布置2个测振点,距离倒塌中线45m.

6 爆破效果及分析 6.1 爆破效果 2017年6月16日17时16分准时起爆,烟囱倾倒历时9s.炸药起爆后,瞬间形成爆破切口,烟囱受自重影响,整体先向支撑缺口处略微倾斜,缓慢倾斜约4s,从第5s开始加速倾倒,第6s烟囱2/3处发生折断,9s后完成整个倾倒过程.烟囱精准按设计方向倒塌在预定范围之内,未产生后坐,烟囱解体充分,爆堆长56m,最宽7.0m.防护效果明显,周边民房、厂房都完好无损,省道路面未见个别飞散物,军用通信电缆未受到任何干扰,整体效果较好,爆破取得圆满成功,爆后效果见图5. 图5 爆破效果 Fig.5 Blasting effect 6.2 总结与分析 (1)该烟囱周边环境十分复杂,但最终通过对湿陷场地处理、精确测量与开设定向窗等精细技术以及有效的复合防护措施相结合,顺利完成了拆除爆破,可为以后类似环境爆破拆除提供参考. (2)烟囱倒塌时在空中发生二次断裂,一方面可能是因烟囱顶部直径较小,结构强度较低,倒塌转动时截面上的弯矩值超过其强度极限而发生断裂;

另一方面可能是因顶部风化、破裂严重,爆破后易出现断裂现象. (3)精确的测量和放样是烟囱拆除成功的关键,必须保证精确无误.若环境更加复杂,定向倒塌场地有限时,也可考虑折叠爆破方案并加强防护. 参考文献 [1] 赵彭,薛宪彬. 复杂环境下58m砖烟囱定向拆除爆破[J]. 煤矿爆破, 2014, 105(2): 36-38. [2] 陈红刚,黄显杭,马阔源. 复杂环境下55m高烟囱定向爆破拆除[J]. 采矿技术, 2016, 16(5): 71-73. [3] 磨季云,周运奎,金沐,等. 厚壁砖结构烟囱爆破拆除[J]. 爆破, 2012, 29(2): 87-90. [4] 李新翰,栾龙发,张智宇,等. 45m高砖烟囱控制爆破拆除[J]. 工程爆破, 2014, 20(4): 23-26. [5] 戴建毅,汪艮忠,周珉,等. 复杂环境45m砖烟囱爆破拆除[J]. 工程爆破, 2015, 21(2): 36-39. [6] 吴兴荣. 复杂环境下某废旧砖混烟囱拆除爆破[J]. 中国矿业, 2014, 23(9): 149-151. [7] 张文龙,杨仕教,郑建礼. 复杂环境下55m砖结构烟囱定向爆破拆除工程实践[J]. 南华大学学报(自然科学版), 2015, 29(4): 119-123. [8] GB6722-2014爆破安全规程[S]. 北京:中国标准出版社,2014. [9] 雷振,章征成,宋文峰,等. 两座85m钢筋砼烟囱同时爆破拆除振动研究[J]. 爆破, 2014, 31(4): 92-95, 139. [10] 汪旭光. 爆破设计与施工[M]. 北京:冶金工业出版社, 2011: 690-694. ........